monitoraggio del contenuto di clorofilla della pianta di barbabietola ...
monitoraggio del contenuto di clorofilla della pianta di barbabietola ...
monitoraggio del contenuto di clorofilla della pianta di barbabietola ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
MONITORAGGIO DEL CONTENUTO DI<br />
CLOROFILLA DELLA PIANTA DI<br />
BARBABIETOLA DA MISURE<br />
SPETTRORADIOMETRICHE DI CAMPO<br />
Risultati preliminari<br />
Mirco Boschetti 1,2 , Daniela Stroppiana 1 , Clau<strong>di</strong>a Giar<strong>di</strong>no 1<br />
e Massimo Vincini 3<br />
1. CNR-IREA, Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l’Ambiente, Via Bassini 15,<br />
20133 Milano. Boschetti.m@irea.cnr.it, stroppiana.d@irea.cnr.it,<br />
giar<strong>di</strong>no.c@irea.cnr.it.<br />
2.DI.PRO.VE.,Dipartimento Produzione Vegetale, Università degli Stu<strong>di</strong> <strong>di</strong> Milano,<br />
Facoltà <strong>di</strong> Agraria<br />
3. CRAST, Centro Ricerca Analisi Spaziale e Telerilevamento, Università Cattolica <strong>del</strong><br />
Sacro Cuore, Via Emilia Parmense, Piacenza, massimo.vincini@unicatt.it.
Framework<br />
•CITIMAP project<br />
•Precision Farming<br />
Obiettivi<br />
•Stu<strong>di</strong>o <strong>del</strong>le relazioni tra Vi e Chl<br />
•Influenza dei parametri strutturali<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
•Disegno sperimentale<br />
•Campagne <strong>di</strong> misura<br />
•Misure ra<strong>di</strong>oemtriche<br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
•Relazioni a livello <strong>di</strong> foglia<br />
•Relazioni a livello <strong>di</strong> canopy<br />
Conclusioni<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Framework<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
Precision Farming & RS: supporto ai piani <strong>di</strong> fertilizzazione<br />
L’Agricoltura <strong>di</strong> Precisione (AP) è un insieme <strong>di</strong> conoscenze e <strong>di</strong> tecniche che permette<br />
interventi agronomici razionali e puntuali modulati in funzione <strong>del</strong>le variazioni nello<br />
spazio (e nel tempo) <strong>del</strong>le caratteristiche pedologiche e con<strong>di</strong>zioni microclimatiche e<br />
colturali.<br />
Questa moderno approccio alle pratiche agricole si basa sulla possibilità <strong>di</strong> un utilizzo<br />
modulato <strong>del</strong>le agrotecniche in<strong>di</strong>cate come Variable Rate Technology (VRT) che<br />
consentono la <strong>di</strong>stribuzione dei trattamenti (fertilizzazione, irrigazione, applicazioni<br />
fitosanitarie, ecc.) in funzione <strong>del</strong>le reali esigenze <strong>del</strong>la coltura minimizzando perciò<br />
l’impatto ambientale e i costi aziendali.<br />
In questo contesto le tecniche <strong>di</strong> telerilevamento, sia da terra (Proximal Sensing) che<br />
utilizzando sensori aerei o satellitari, rappresentano lo strumento più promettente<br />
per fornire rapide, non <strong>di</strong>struttive e sinottiche informazioni sullo stato <strong>del</strong>le colture a<br />
scala aziendale.<br />
Attraverso una tempestiva conoscenza <strong>del</strong>la variabilità spaziale <strong>del</strong>la situazione<br />
nutrizionale <strong>del</strong>le colture è ad esempio possibile produrre mappe <strong>di</strong> prescrizione per<br />
la concimazione a rateo variabile in copertura.<br />
In questo contesto si colloca l’attività sperimentale <strong>del</strong> progetto<br />
citimap
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Obiettivi<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
Sperimentazione CITIMAP 2005: nutrizione azotata bietola<br />
Il principale obiettivo <strong>del</strong>lo stu<strong>di</strong>o è l’analisi analisi <strong>del</strong>le relazioni tra in<strong>di</strong>ci spettrali e<br />
concentrazioni <strong>di</strong> <strong>clorofilla</strong> fogliare, fogliare per valutare le potenzialità dei dati<br />
iperspettrali<br />
Stu<strong>di</strong>o preliminare per la successiva analisi <strong>di</strong> dati AISA e QuickBird<br />
Acquisizione in campo <strong>di</strong> due famiglie <strong>di</strong> spettri:<br />
• fogliare, me<strong>di</strong>ante sonda <strong>di</strong> contatto per lo stu<strong>di</strong>o <strong>del</strong>le<br />
regioni spettrali più pi idonee alla stima <strong>del</strong>la<br />
concentrazione <strong>di</strong> <strong>clorofilla</strong>.<br />
• Sopra chioma (canopy) per valutare le potenzialità<br />
<strong>di</strong> in<strong>di</strong>ci spettrali sviluppati ad hoc per minimizzare<br />
l’influenza influenza <strong>del</strong> background e <strong>del</strong>le caratteristiche<br />
strutturali <strong>del</strong>la coltura.<br />
ρ<br />
0.5<br />
0.45<br />
0.4<br />
0.35<br />
0.3<br />
0.25<br />
0.2<br />
0.15<br />
0.1<br />
0.05<br />
0<br />
Crop canopy<br />
Understory Soil<br />
Riflettanza in funzione <strong>di</strong> Cab<br />
400<br />
470<br />
540<br />
610<br />
680<br />
750<br />
820<br />
890<br />
960<br />
1030<br />
1100<br />
1170<br />
1240<br />
1310<br />
1380<br />
1450<br />
1520<br />
1590<br />
1660<br />
1730<br />
1800<br />
1870<br />
1940<br />
2010<br />
2080<br />
2150<br />
2220<br />
2290<br />
2360<br />
2430<br />
2500<br />
λ [nm]<br />
15<br />
35<br />
55
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
Disegno sperimentale bietola<br />
3<br />
2<br />
1<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
12<br />
11<br />
10<br />
9<br />
8<br />
E<br />
L<br />
O<br />
N<br />
N<br />
M<br />
L<br />
M<br />
N<br />
L<br />
O<br />
M<br />
Disegno<br />
speriementale<br />
O<br />
F<br />
0 kg/ha<br />
90 kg/ha<br />
180 k g/ha<br />
270 k g/ha<br />
AISA RGB-FC<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
Chl a+b Fc FS-canopy FS-probe<br />
Fila : 12-24-36-60<br />
Metri: 5-10-15<br />
Fila : 18-36-54<br />
Metri: 10<br />
Fila : 18-36-44<br />
Metri: 5-15<br />
A B C D E F<br />
Variabilità controllata generata a seguito <strong>di</strong> fertilizzazioni <strong>di</strong>fferenziate:<br />
4 livelli N (0-90-180-270 kg/ha) randomizzati<br />
2 livelli irrigui (blocchi E, F)<br />
3 repliche<br />
tot 24 parcelle 0.06 ha<br />
Densità semina bietola: interfile <strong>di</strong> 45 cm, 60 file per parcella<br />
Fila : 36<br />
Metri: 10
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
Misure agronomiche: 26/05/05 (ripresa QuickBird)<br />
Chl a+b (stimato da misure <strong>di</strong> SPAD)<br />
Fila : 12-24-36-48-60<br />
Metri: 5-10-15 Tot. 360<br />
Me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> due misure <strong>del</strong>le 6 foglie più<br />
sviluppate <strong>del</strong>le 6 piante più pi vicine (bulking) per<br />
ogni punto <strong>di</strong> campionamento <strong>del</strong>la griglia<br />
Curva <strong>di</strong> calibrazione ottenuta sperimentalmente da rilievi multi-temporali<br />
multi temporali stagionali.<br />
Su due punti <strong>del</strong>la griglia <strong>di</strong> campionamento per parcella, (totale 48 analisi per data),<br />
prelievo 6 ron<strong>del</strong>le fogliari <strong>di</strong> 18mm <strong>di</strong>ametro<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
60-48-36-24-12<br />
60-48-36-24-12
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
Misure agronomiche: 26/05/05<br />
FC (Fotografia Digitale na<strong>di</strong>rale) na<strong>di</strong>rale<br />
Fila : 18-36-54<br />
Metri: 10 Tot. 72<br />
Fc stimato<br />
me<strong>di</strong>ante<br />
analisi objectoriented<br />
<strong>di</strong><br />
fotografie<br />
<strong>di</strong>gitali<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
54-36-18<br />
54-36-18
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
Misure ra<strong>di</strong>ometriche: 06/04/05<br />
ASD-FS ASD FS-PRO PRO (SOIL) per definizione <strong>del</strong>la Soil Line<br />
Misure dopo lavorazione <strong>del</strong> suolo<br />
Lungo 3 file per ogni parcella<br />
Misure ogni 10 metri Tot. 144<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Ottica<br />
25°<br />
Altezza ripresa<br />
1.5 m<br />
Superficie campionata<br />
0.6 m (<strong>di</strong>ametro)<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
Immagine pancromatica QuickBird degli appezzameni<br />
in cui verranno ospitate le colture sperimentali 2005
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
Misure ra<strong>di</strong>ometriche: 27/05/05 (sorvolo AISA)<br />
ASD-FS ASD FS-PRO PRO (Canopy Canopy)<br />
Fila : 18-36-44<br />
Metri: 10 Tot. 144<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
44-36-18<br />
44-36-18
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
Misure 27/05/05<br />
ASD_ FS-PRO FS PRO (Leaf Leaf)<br />
Fila : 36<br />
Metri: 10 Tot. 24<br />
Campionamenti <strong>di</strong> ron<strong>del</strong>le<br />
fogliari <strong>di</strong> 18mm <strong>di</strong>ametro<br />
in corrispondenza <strong>del</strong>le<br />
misure per estrazione<br />
analitica <strong>di</strong> Chl a+b<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Conctact probe accoppiato a FS<br />
3 misure spettrali per ogni foglia<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
36<br />
36
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dei dati<br />
dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Analisi<br />
Data set<br />
Il dataset finale per lo stu<strong>di</strong>o dei VI utilizzato<br />
•analisi a livello fogliare 24 spettri e corrispondenti misure<br />
analitiche <strong>di</strong> Chl a+b<br />
•analisi a livello <strong>di</strong> canopy 48 spettri con corrispondenti<br />
valori stimati <strong>di</strong> Chl a+b e Fc<br />
Metodo<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
Per ogni firma sono stati calcolati <strong>di</strong>versi in<strong>di</strong>ci <strong>di</strong> vegetazione e da mettere in<br />
relazione alle concentrazioni <strong>di</strong> <strong>clorofilla</strong>.<br />
Le relazioni sono state sviluppate con tecniche <strong>di</strong> regressione lineare (OLS), in<br />
cui la variabile in<strong>di</strong>pendente è data dall'in<strong>di</strong>ci <strong>di</strong> vegetazione
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dei dati<br />
dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
Strutturali<br />
Razio<br />
Triangolari<br />
Analisi: in<strong>di</strong>ci <strong>di</strong> vegetazione<br />
Simple Ratio SR = R800/R670<br />
Normalized<br />
Difference<br />
Vegetation<br />
Index<br />
RATIO1<br />
(700/670)<br />
RATIO2<br />
(750/550)<br />
RATIO3<br />
(750/700)<br />
Triangular<br />
Vegetation<br />
Index<br />
Mo<strong>di</strong>fied<br />
Triangular<br />
Vegetation<br />
Index<br />
NDVI = (R800 – R670 )/(R800 + R670)<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
In<strong>di</strong>ce Formula Referenza<br />
R1 = R700/R670<br />
R2 = R750/R550<br />
R3 = R750/R710<br />
[ 120(<br />
R − R ) − 200(<br />
R − R ) ]<br />
TVI = 0.<br />
5<br />
750 550<br />
670 550<br />
MTVI2<br />
=<br />
1.<br />
5<br />
( 2<br />
[ 1.<br />
2(<br />
R − R ) − 2.<br />
5(<br />
R − R ) ]<br />
R<br />
800<br />
800<br />
+ 1)<br />
2<br />
−<br />
550<br />
( 6<br />
R<br />
800<br />
− 5<br />
670<br />
R<br />
670<br />
) −<br />
550<br />
0.<br />
5<br />
Rouse et al.<br />
(1974)<br />
Rouse et al.<br />
(1974)<br />
Kim et al.<br />
(1994)<br />
Gitelson and<br />
Merzyak<br />
(1996)<br />
Zarco-Tejada<br />
et al. (2001)<br />
Broge and<br />
Leblanc<br />
(2000)<br />
Haboudane<br />
et al. (2004)
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dei dati<br />
dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
CARI<br />
REP<br />
Soil adjust<br />
Ottim.<br />
Analisi: in<strong>di</strong>ci <strong>di</strong> vegetazione<br />
Mo<strong>di</strong>fied<br />
Chlorophyll<br />
Absorption in<br />
Reflectance<br />
Index<br />
Transformed<br />
CARI<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
[ ( R − R ) − 0.<br />
2(<br />
R R ) ] ( R / R )<br />
MCARI = 700 670<br />
700 − 550 700 670<br />
[ ( R − R ) − 0.<br />
2(<br />
R R )( R / R ) ]<br />
TCARI = 3 700 670<br />
700 − 550 700 670<br />
REIP_Lin Mo<strong>del</strong>lo semplificato lineare<br />
REIP_Lagr Mo<strong>del</strong>lo <strong>di</strong> interpolazione Lagrangiano<br />
Optimized Soil<br />
Adjusted<br />
Vegetation<br />
Index<br />
Transformed<br />
Adjusted<br />
Vegetation<br />
Index<br />
OSAVI<br />
= ( 1 + 0.<br />
16)(<br />
R800<br />
− R670<br />
) /( R800<br />
+ R670<br />
+<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
In<strong>di</strong>ce Formula Referenza<br />
TCARI/OSAVI TCARI/OSAVI<br />
0.<br />
16)<br />
[ R − ( a * R ) − b][<br />
/ ( R + ( a * R ) ( a * b)<br />
]<br />
TSAVI = a<br />
−<br />
( 800<br />
670<br />
670<br />
800<br />
3<br />
Daughtry et<br />
al. (2000)<br />
Haboudane<br />
et al (2002)<br />
Jongschaap<br />
and Booij<br />
(2004)<br />
Dawson and<br />
Curran<br />
(1998)<br />
Rondeaux et<br />
al. (1996)<br />
Baret et al.<br />
(1989)<br />
Haboudane<br />
et al (2002)
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dei dati<br />
dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Riflettanza<br />
Materiali e meto<strong>di</strong><br />
Risultati: Calcolo <strong>del</strong> REP<br />
0.50<br />
0.40<br />
0.30<br />
0.20<br />
0.10<br />
data<br />
derivata1<br />
0.00<br />
350 450 550 650 750 850<br />
[nm]<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
0.020<br />
0.010<br />
0.000<br />
-0.010<br />
-0.020<br />
Derivata (D1)<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
REIP_Lin: REIP_Lin uso relazione lineare che<br />
identifica la metà tra la spalla <strong>di</strong><br />
massima riflessione e quella <strong>di</strong> minimo<br />
assorbimento<br />
REIP_Lagr: REIP_Lagr analizza la derivata prima<br />
<strong>del</strong>la firma spettrale interpolata con un<br />
mo<strong>del</strong>lo lagrangiano per trovarne il<br />
valore massimo in un intorno <strong>di</strong> λ=720<br />
nm. Per il processamento dei dati relativi<br />
a quest'ultimo metodo è stato utilizzata<br />
la versione 6.0 <strong>di</strong> IDL. IDL Gli
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
•soil •Soil soil Soil<br />
•Leaf Leaf<br />
•Canopy Canopy<br />
Conclusioni<br />
Risultati<br />
Soil line<br />
0.27<br />
0.25<br />
0.23<br />
0.21<br />
0.19<br />
0.17<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
NIR<br />
R (%)<br />
Spettri <strong>di</strong> suolo<br />
60%<br />
50%<br />
40%<br />
30%<br />
20%<br />
10%<br />
bietola.003<br />
bietola.110<br />
0%<br />
350 850 1350<br />
Wavelength (nm)<br />
1850 2350<br />
Soil line<br />
Soil line<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
y = 1.23x + 0.00<br />
R 2 = 0.98<br />
0.15<br />
0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22<br />
RED<br />
Esempi <strong>di</strong> firme<br />
spettrali <strong>di</strong> suolo<br />
acquisite con FS.<br />
Differenze dovute alla<br />
naturale variabilità.<br />
Soil line usando i 144<br />
spettri (<strong>di</strong>fferenze<br />
dovute a <strong>di</strong>verse<br />
con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> umi<strong>di</strong>tà)
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
•Soil<br />
Soil<br />
•Leaf<br />
Leaf<br />
•Canopy Canopy<br />
Conclusioni<br />
Risultati<br />
Riflettanza<br />
Leaf<br />
0.60<br />
0.50<br />
0.40<br />
0.30<br />
0.20<br />
0.10<br />
N 0%<br />
N 50%<br />
N 100%<br />
N 150%<br />
0.00<br />
350 850 1350<br />
[nm]<br />
1850 2350<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
Esempi <strong>di</strong> firme spettrali acquisite con il contact probe su piante <strong>di</strong> a <strong>di</strong>versi livelli <strong>di</strong> fertilizzazione.<br />
Effetti nella regione <strong>del</strong> visibile.<br />
0.30<br />
0.20<br />
0.10<br />
0.00<br />
450 550 650 750
Framework<br />
VI<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
0.00<br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
35.00<br />
30.00 •Soil<br />
Soil<br />
•Leaf<br />
Leaf<br />
25.00<br />
•Canopy Canopy<br />
20.00<br />
Conclusioni<br />
15.00<br />
VI<br />
4.50<br />
4.00<br />
3.50<br />
3.00<br />
2.50<br />
2.00<br />
1.50<br />
1.00<br />
0.50<br />
10.00<br />
5.00<br />
0.00<br />
750/700<br />
Risultati<br />
Leaf VIs vs Chl a+b: correlazione<br />
y = 0.06x + 1.39<br />
R 2 = 0.62<br />
20 30 40 50<br />
chl a+b (mg/cm2)<br />
TVI<br />
y = -0.18x + 36.09<br />
R 2 = 0.20<br />
20 30 40 50<br />
chl a+b (mg/cm2)<br />
VI<br />
VI<br />
0.20<br />
0.18<br />
0.16<br />
0.14<br />
0.12<br />
0.10<br />
0.08<br />
0.06<br />
0.04<br />
0.02<br />
0.00<br />
714.00<br />
712.00<br />
710.00<br />
708.00<br />
706.00<br />
704.00<br />
702.00<br />
700.00<br />
NDI<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
y = 0.00x + 0.05<br />
R 2 = 0.69<br />
20 30 40 50<br />
chl a+b (mg/cm2)<br />
REP_LAGR<br />
y = 0.63x + 684.30<br />
R 2 = 0.64<br />
20 30 40 50<br />
chl a+b (mg/cm2)<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
VI<br />
VI<br />
0.50<br />
0.45<br />
0.40<br />
0.35<br />
0.30<br />
0.25<br />
0.20<br />
0.15<br />
0.10<br />
0.05<br />
0.00<br />
720.00<br />
718.00<br />
716.00<br />
714.00<br />
712.00<br />
710.00<br />
708.00<br />
706.00<br />
MCARI<br />
SR NDVI R1 R2 R3 TVI<br />
Chl a+b ns 0 ns 0 0.49 0.55 0.63 0.21<br />
MTVI2 MCARI TCARI REIP_lagr REIP_lin -<br />
Chl a+b 0.32 0.61 0.64 0.68 0.74 -<br />
y = 1.49e -0.04x<br />
R 2 = 0.69<br />
20 30 40 50<br />
chl a+b (mg/cm2)<br />
REP<br />
Leaf<br />
y = 0.60x + 692.68<br />
R 2 = 0.74<br />
20 30 40 50<br />
chl a+b (mg/cm2)
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
•Soil<br />
Soil<br />
•Leaf<br />
Leaf<br />
•Canopy Canopy<br />
Conclusioni<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
Risultati<br />
REPlin vs REPlagr Leaf<br />
Clevers et al. 2002 “Derivation of the red edge index using the MERIS standard<br />
band setting”, IJRS, 23:16, pp.3169-3184<br />
“………The linear method for estimating the red edge index ….. assumes a straight slope of the<br />
reflectance spectrum around the midpoint between ………NIR plateau and ……… minimum at the<br />
chlorophyll absorption in the red. This midpoint is then defined as the red edge index.<br />
This point may not coincide with the maximum of the first derivative, but it appears to be robust<br />
compared with the Lagrangian method and it requires only a limited number of spectral bands to be<br />
used. Thus, this method is very useful for practical applications.
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
•Soil<br />
Soil<br />
•Leaf<br />
Leaf<br />
•Canopy<br />
Canopy<br />
Conclusioni<br />
Risultati<br />
Canopy VIs vs Chl-a+b<br />
Riflettanza<br />
0.70<br />
0.60<br />
0.50<br />
0.40<br />
0.30<br />
0.20<br />
0.10<br />
0.00<br />
•R 2 in<strong>di</strong>ci <strong>di</strong> vegetazione<br />
CHL FC<br />
FN1 32.93 64.62<br />
FL3 34.94 83.64<br />
FM4 32.41 54.56<br />
FO5 27.02 35.99<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
350 450 550 650<br />
[nm]<br />
750 850 950<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
FO5<br />
FN1<br />
FM4<br />
FL3<br />
Canopy<br />
SR NDVI R1 R2 R3 TVI MTVI2<br />
Chl a+b 0.62 0.69 0.56 0.65 0.66 0.65 0.67<br />
FC 0.80 0.84 0.6 0.70 0.70 0.62 0.63<br />
MTVI2 MCARI TCARI REIP_lin OSAVI TSAVI TCARI/OSAVI<br />
Chl a+b 0.67 0.60 0.6 0.64 0.66 0.64 0.35<br />
FC 0.63 0.46 0.46 0.88 0.72 0.73 0.26<br />
Esempi <strong>di</strong> firme spettrali su<br />
piante <strong>di</strong> a <strong>di</strong>versi livelli <strong>di</strong><br />
fertilizzazione.<br />
Effetti maggiori nella<br />
regione <strong>del</strong> REP e NIR.<br />
Significativo contributo <strong>del</strong><br />
suolo
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
•Soil<br />
Soil<br />
•Leaf<br />
Leaf<br />
•Canopy<br />
Canopy<br />
Conclusioni<br />
Risultati<br />
Analisi Canopy VIs: FC -Chl<br />
•Fc Fc e Chl risultano fortemente correlati<br />
•Effetto <strong>del</strong>le fertilizzazioni più evidente nella struttura<br />
<strong>del</strong>la canopy, crescita <strong>del</strong>la <strong>pianta</strong>, piuttosto che nel<br />
<strong>contenuto</strong> <strong>di</strong> clorofille.<br />
•Effetto si ripercuote sugli spettri <strong>di</strong> canopy:<br />
•VI che utilizzano bande nel NIR sono perciò più<br />
influenzati dal Fc che dal <strong>contenuto</strong> <strong>di</strong> Chl a+b<br />
Esempio per REP: regressione multipla<br />
R (coefficiente <strong>di</strong> correlazione) 0.896<br />
R² (coefficiente <strong>di</strong> determinazione) 0.803<br />
R²aj. (coefficiente <strong>di</strong> determinazione corretto) 0.784<br />
Fonte DF SS MS F Pr > F<br />
Mo<strong>del</strong>lo 2 164.961 82.481 42.860 < 0.0001<br />
Residui 21 40.413 1.924<br />
Totale 23 205.374<br />
Fonte DF SS MS F Pr > F<br />
FC 1 161.617 161.617 83.982 < 0.0001<br />
chl 1 3.345 3.345 1.738 0.202<br />
•Varianza dei dati è spiegata principalmente dal Fc<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Chl a+b mg/cm2<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
40<br />
38<br />
36<br />
34<br />
32<br />
30<br />
28<br />
26<br />
24<br />
22<br />
20<br />
Canopy<br />
y = 0.17x + 22.16<br />
R 2 = 0.70<br />
0 20 40 60 80 100<br />
FC
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
•Soil<br />
Soil<br />
•Leaf<br />
Leaf<br />
•Canopy<br />
Canopy<br />
Conclusioni<br />
Risultati<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
Analisi Leaf-Canopy VIs: FC Canopy<br />
Reflectance (%)<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0.0<br />
EM4 Fc 54.9 Chl 32.67<br />
EM8 Fc 78.8 Chl 32.27<br />
200 400 600 800 1000 1200<br />
Lunghezza d'onda (nm)
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
•Soil<br />
Soil<br />
•Leaf<br />
Leaf<br />
•Canopy<br />
Canopy<br />
Conclusioni<br />
VI<br />
0.50<br />
0.45<br />
0.40<br />
0.35<br />
0.30<br />
0.25<br />
0.20<br />
0.15<br />
0.10<br />
0.05<br />
0.00<br />
Risultati<br />
MCARI<br />
y = 1.49e -0.04x<br />
R 2 = 0.69<br />
20 30 40 50<br />
chl a+b (mg/cm2)<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
MCARI Leaf-Canopy VIs: problema mistura Canopy<br />
Leaf Canopy<br />
Haboudane et al., 2002<br />
VI<br />
0.30<br />
0.25<br />
0.20<br />
0.15<br />
0.10<br />
0.05<br />
MCARI<br />
y = 0.00x - 0.02<br />
R 2 = 0.49<br />
0.00<br />
10 30 50 70 90<br />
Fc<br />
Fc 0<br />
40 60<br />
80 100<br />
Daughtry et al., 2000<br />
VI<br />
0.80<br />
0.70<br />
0.60<br />
0.50<br />
0.40<br />
0.30<br />
0.20<br />
0.10<br />
MCARI<br />
y = 0.04x - 0.76<br />
R 2 = 0.47<br />
0.00<br />
20 25 30 35 40<br />
chl a+b (mg/cm2)<br />
Zarco et al., 2004
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
60%<br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
50%<br />
•Soil<br />
Soil<br />
•Leaf<br />
Leaf<br />
•Canopy<br />
Canopy<br />
40%<br />
Riflettanza (%)<br />
Conclusioni<br />
30%<br />
20%<br />
10%<br />
Chl 28 μg/cm 2<br />
Risultati<br />
MCARI Leaf-Canopy VIs: problema mistura<br />
Chl 44 μg/cm 2<br />
0%<br />
400 500 600 700 800 900<br />
Lunghezza d'onda(nm)<br />
N-0<br />
N-150<br />
MCARI-0<br />
MCARI-150<br />
REP-0<br />
REP-150<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Riflettanza (%)<br />
60%<br />
50%<br />
40%<br />
30%<br />
20%<br />
10%<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
•In con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> bassa copertura l’effetto <strong>del</strong> suolo è preponderante e rende inefficace l’analisi<br />
<strong>del</strong>le clorofille. (es <strong>del</strong> MCARI)<br />
•Problema identificato da Zarco et al. (2004) nel caso <strong>di</strong> canopy sparse in coltivazioni <strong>di</strong> olivi<br />
•Procedure <strong>di</strong> unmixing o mo<strong>del</strong>li geometrici potrebbero risolvere il problema<br />
Leaf Canopy<br />
Chl 28 mg/cm2<br />
Fc = 78%<br />
Fc = 28%<br />
Chl 41 mg/cm2<br />
0%<br />
400 500 600 700 800 900<br />
Lunghezza d'onda(nm)<br />
MCARI > MCARI MCARI < MCARI<br />
Canopy<br />
N-0<br />
N-150<br />
MCARI-0<br />
MCARI-150<br />
REP-0<br />
REP-150
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Conclusioni<br />
Leaf<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
•Analisi iperspettrale <strong>di</strong> firme <strong>di</strong> foglia conferma la possibilità <strong>di</strong> monitorare il <strong>contenuto</strong> <strong>di</strong><br />
<strong>clorofilla</strong> <strong>di</strong> colture <strong>di</strong> <strong>barbabietola</strong> come in<strong>di</strong>catore <strong>di</strong> con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> carenze nutrizionali<br />
•REP è risultato il VI più pre<strong>di</strong>ttivo<br />
•Mo<strong>del</strong>lo lineare ha mostrato migliori performance, problemi nella ricerca automatica<br />
analizzando derivata prima <strong>del</strong>lo spettro con interpolazione<br />
•MCARI (TCARI) si è mostrato un buon in<strong>di</strong>ce<br />
Canopy<br />
•Disegno sperimentale ha portato ad avere forte relazione tra Fc (i.e. caratteristiche strutturali<br />
<strong>del</strong>la <strong>pianta</strong>) e <strong>contenuto</strong> in Chl fogliare.<br />
•Gli in<strong>di</strong>ci <strong>di</strong> vegetazione specificamente proposti per la stima <strong>del</strong>la concentrazione <strong>di</strong><br />
pigmento risultano correlati ai valori <strong>di</strong> Fc (che spiega maggiormente la varianza dei dati)<br />
•Problemi principali in con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> bassa copertura dove effetto <strong>del</strong> suolo è preponderante e<br />
non si può minimizzare anche con in<strong>di</strong>ci appositi (rapporto TCARI/OSAVI)
Framework<br />
Obiettivi<br />
Materiali e<br />
meto<strong>di</strong><br />
Analisi dei dati<br />
Risultati<br />
Conclusioni<br />
Conclusioni<br />
RS per VRT<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
Determinazione <strong>del</strong>la concentrazione <strong>del</strong>le clorofille (Chl a+b) da dati spettrali <strong>di</strong> canopy (sensori<br />
remoti) non può ancora considerarsi una tecnologia acquisita.<br />
In letteratura ciò è <strong>di</strong>mostrato dalla continua ricerca <strong>di</strong> in<strong>di</strong>ci empirici a sensibilità <strong>di</strong>fferenziata rispetto<br />
a parametri strutturali<br />
☺ mappe <strong>di</strong> Fc/Chl prodotte da dati ad alta risoluzione (i.e. AISA) danno un’utile informazione circa la<br />
variabilità spaziale in campo non identificabile altrimenti rappresentando perciò un supporto alle VRT<br />
Sviluppi<br />
Uso <strong>di</strong> mo<strong>del</strong>li <strong>di</strong> trasferimento ra<strong>di</strong>ativo (PRO-SAILH) potrà aiutare nell’interpretazione dei dati.<br />
Sperimentazione 2006 si porrà l’obiettivo <strong>di</strong> generare un dataset in cui le concentrazioni <strong>di</strong> <strong>clorofilla</strong><br />
risultino il più decorrelate possibile dai parametri strutturali <strong>del</strong>la <strong>pianta</strong> (LAI, Fc, biomassa)<br />
Risultati positivi nella ricerca <strong>di</strong> in<strong>di</strong>ci empirici efficaci nella decorrelazione <strong>di</strong> tali parametri<br />
renderebbero la produzione <strong>di</strong> mappe <strong>di</strong> prescrizione operative in quanto più in<strong>di</strong>pendenti dalla<br />
raccolta <strong>di</strong> dati <strong>di</strong> campagna.
Monitoraggio<br />
vegetazione<br />
vegetazione<br />
Telerilevament<br />
o<br />
Progetto<br />
dottorato<br />
Approccio<br />
Empirico:<br />
Pascoli<br />
Approccio<br />
mo<strong>del</strong>listico:<br />
mo<strong>del</strong>listico:<br />
Risaie<br />
Risultati<br />
REP vs Chl-a+b<br />
0 kg/ha<br />
90 kg/ha<br />
180 kg/ha<br />
270 kg/ha<br />
F<br />
REP<br />
720<br />
718<br />
716<br />
714<br />
712<br />
710<br />
708<br />
706<br />
704<br />
702<br />
700<br />
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico <strong>del</strong>l'Ambiente<br />
REIP<br />
Chl<br />
Workshop CITIMAP:<br />
il Telerilevamento per un'agricoltura sostenibile (20.04.2006)<br />
FN01<br />
FO02<br />
FL03<br />
FM04<br />
FO05<br />
FL06<br />
FN07<br />
FM08<br />
FL09<br />
FM10<br />
FN11<br />
FO12<br />
EO12<br />
EN11<br />
EM10<br />
EL09<br />
EM08<br />
EN07<br />
EL06<br />
EO05<br />
EM04<br />
EL03<br />
EO02<br />
EN01<br />
Parcella<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
Chl<br />
Leaf<br />
E
Change language